القياس الكمي للاستجابات الحركية للعين والتكيف من خلال مجموعات أدوات الأجهزة والتحليل

Summary

VisualEyes2020 (VE2020) هي لغة برمجة نصية مخصصة تقدم وتسجل وتزامن محفزات حركة العين البصرية. يوفر VE2020 محفزات لحركات العين المترافقة (الأكياس والسعي السلس) ، وحركات العين غير المترافقة (التقارب) ، والإقامة ، ومجموعات من كل منها. يعمل برنامجان للتحليل على توحيد معالجة البيانات من أنظمة تتبع العين وتسجيل الإقامة.

Abstract

من خلال التحفيز الهادف وتسجيل حركات العين ، يمكن ملاحظة الخصائص الأساسية للآليات العصبية الأساسية لحركات العين. تم تطوير VisualEyes2020 (VE2020) بناء على عدم وجود تحفيز بصري قائم على البرامج قابل للتخصيص متاح للباحثين الذين لا يعتمدون على المحركات أو المحركات داخل منظار الفردوسكوب التقليدي. تم تطوير هذه الأداة والمنهجية الجديدة لتكوين منظار الفردوسيوم الجديد باستخدام كل من أنظمة تتبع العين والانكسار الذاتي. يوفر برنامج التحليل الذي يتيح التحليل المتزامن لحركة العين والاستجابات التكيفية للباحثين والأطباء السريريين بيئة قابلة للتكرار وأداة قابلة للمشاركة. تم إنشاء برنامج تحليل حركة العين (VEMAP) التابع لمختبر الرؤية والهندسة العصبية (VNEL) لمعالجة التسجيلات التي تنتجها أجهزة تتبع العين في VE2020 ، بينما تم إنشاء برنامج تحليل الحركة التكيفي (AMAP) لمعالجة مخرجات التسجيل من نظام الانكسار الذاتي المقابل. يدرس VNEL ثلاثة محفزات أساسية: التكيف (التغيرات المدفوعة بالضبابية في تحدب العدسة داخل العين) ، والتقارب (الداخل ، الدوران المتقارب والخارج ، الدوران المتباعد للعينين) ، والأكياس (حركات العين المترافقة). يستخدم VEMAP و AMAP عمليات تدفق بيانات مماثلة ، وتفاعلات المشغل اليدوية ، والتدخلات عند الضرورة ؛ ومع ذلك ، فإن منصات التحليل هذه تعزز إنشاء مجموعة برامج موضوعية تقلل من اعتماد المشغل. تسمح فائدة الواجهة الرسومية والخوارزميات المقابلة لها بإجراء مجموعة واسعة من التجارب المرئية مع الحد الأدنى من خبرة الترميز السابقة المطلوبة من مشغلها (مشغليها).

Introduction

يعد التنسيق المنسق بين مجهر والاستجابات التكيفية والحركية المناسبة للمنبهات البصرية من الجوانب الحاسمة في الحياة اليومية. عندما يكون الفرد قد قلل من سرعة استجابة حركة العين المتقاربة ، والتي يتم قياسها من خلال تسجيل حركة العين ، يمكن إدراك الرؤية المزدوجة (شفع) ^1,2. علاوة على ذلك ، أفاد التحليل التلوي لأدبيات كوكرين أن المرضى الذين يعانون من اختلالات وظيفية حركية للعين ، في محاولة للحفاظ على رؤية مجهر طبيعية ، يعانون من أعراض بصرية مشتركة بشكل شائع ، بما في ذلك عدم وضوح الرؤية / ازدواجها ، والصداع ، وإجهاد / إجهاد العين ، وصعوبة القراءة بشكل مريح³. حركات العين المترافقة السريعة (saccades) ، عندما تكون ناقصة ، يمكن أن تقلل من الاستجابة أو الإفراط في الاستجابة للأهداف البصرية ، مما يعني أن هناك حاجة إلى مزيد من الأكياس المتسلسلة لتصحيح هذا الخطأ⁴. يمكن أيضا الخلط بين هذه الاستجابات الحركية للعين من خلال النظام التكيفي ، حيث يؤدي التركيز غير الصحيح للضوء من العدسة إلى حدوث ضبابية⁵.

تتطلب مهام مثل القراءة أو العمل على الأجهزة الإلكترونية تنسيق الأنظمة الحركية والإيوائية. بالنسبة للأفراد الذين يعانون من حركة العين مجهر أو اختلالات التكيف ، فإن عدم القدرة على الحفاظ على الانصهار مجهر (واحد) والرؤية الحادة (الواضحة) يقلل من نوعية حياتهم وإنتاجيتهم الإجمالية. من خلال إنشاء منهجية إجرائية لتسجيل هذه الأنظمة كميا بشكل مستقل ومتضافر من خلال تشكيلات الأجهزة القابلة للتكرار والتحليل الموضوعي ، يمكن فهم الخصائص المميزة حول التأقلم مع أوجه القصور المحددة. يمكن أن تؤدي القياسات الكمية لحركات العين إلى تشخيصات أكثر شمولا⁶ مقارنة بالطرق التقليدية ، مع إمكانية التنبؤ باحتمال العلاج من خلال التدخلات العلاجية. توفر مجموعة تحليل الأجهزة والبيانات هذه نظرة ثاقبة لفهم الآليات الكامنة وراء معايير الرعاية الحالية ، مثل علاج الرؤية ، والتأثير طويل المدى الذي قد يحدثه التدخل (التدخلات) العلاجية على المرضى. قد يوفر تحديد هذه الاختلافات الكمية بين الأفراد الذين يعانون من رؤية مجهر طبيعية أو بدونها استراتيجيات علاجية شخصية جديدة ويزيد من فعالية العلاج بناء على قياسات النتائج الموضوعية.

حتى الآن ، لا توجد منصة واحدة متاحة تجاريا يمكنها تحفيز بيانات حركة العين وتسجيلها كميا في وقت واحد مع استجابات موضعية وسرعة ملائمة مقابلة يمكن معالجتها بشكل أكبر كتدفقات بيانات منفصلة (حركة العين واستيعابها). حددت تحليلات معالجة الإشارات للاستجابات الموضعية والسرعة التكيفية والحركية للعين على التوالي الحد الأدنى لمتطلبات أخذ العينات بحوالي 10 هرتز⁷ ومعدل أخذ العينات المقترح بين 240 هرتز و 250 هرتز لحركات العين الساكدية ^8,9. ومع ذلك ، فإن معدل Nyquist لحركات العين التقارب لم يتم تحديده بعد ، على الرغم من أن التقارب أقل من حيث الحجم في سرعة الذروة من حركات العين الصخرية. ومع ذلك ، هناك فجوة في الأدبيات الحالية المتعلقة بتسجيل حركة العين وتكامل منصة أجهزة الانكسار التلقائي. علاوة على ذلك ، فإن القدرة على تحليل استجابات حركة العين الموضوعية مع استجابات الإقامة المتزامنة لم تكن مفتوحة المصدر بعد. ومن ثم ، تناول مختبر الرؤية والهندسة العصبية (VNEL) الحاجة إلى الأجهزة والتحليل المتزامن من خلال إنشاء VE2020 ومجموعتين من برامج معالجة الإشارات غير المتصلة بالإنترنت لتحليل حركات العين والاستجابات التكيفية. VE2020 قابل للتخصيص عبر إجراءات المعايرة وبروتوكولات التحفيز للتكيف مع مجموعة متنوعة من التطبيقات من العلوم الأساسية إلى السريرية ، بما في ذلك مشاريع أبحاث الرؤية ثنائية العينين حول قصور / زيادة التقارب ، وقصور / زيادة التباعد ، والقصور / الفائض التكيفي ، والاختلالات ثنائية العينين المرتبطة بالارتجاج ، والحول ، والحول ، والرأرأة. يتم استكمال VE2020 ب VEMAP و AMAP ، والتي توفر لاحقا قدرات تحليل البيانات لهذه العيون المحفزة والحركات التكيفية.

Protocol

تمت الموافقة على الدراسة ، التي تم إنشاء مجموعة تحليل الأجهزة والبيانات هذه وتنفيذها بنجاح من قبل مجلس مراجعة معهد نيو جيرسي للتكنولوجيا HHS FWA 00003246 الموافقة F182-13 وتمت الموافقة عليها كتجربة سريرية عشوائية تم نشرها على ClinicalTrials.gov المعرف: NCT03593031 بتمويل من المعاهد الوطنية للصحة EY023261. قرأ جميع المشاركين ووقعوا على نموذج الموافقة المستنيرة المعتمد من قبل مجلس المراجعة المؤسسية بالجامعة.

1. إعداد الأجهزة

1. مراقبة الاتصالات والأجهزة
   1. يقوم نظام VE2020 بتعيين الشاشات مكانيا في اتجاه عقارب الساعة. تحقق من فهرسة جهاز مراقبة التحكم الأساسي ك 0 وأن جميع أجهزة العرض المتتالية مفهرسة من 1 فصاعدا. تأكد من إدارة جميع الشاشات بواسطة كمبيوتر واحد (انظر جدول المواد).
   2. ضمان التكوين المكاني المناسب لشاشات التحفيز. من الشاشة الرئيسية لسطح المكتب لوحدة التحكم ، انقر بزر الماوس الأيمن على شاشة التحكم ، وحدد إعدادات العرض ، وانتقل إلى دقة الشاشة. حدد تحديد ؛ سيوفر هذا تصورا لمؤشرات الشاشة المخصصة لكل شاشة تحفيز متصلة بكمبيوتر التحكم (الشكل 1).
2. تكوين المعدات المادية
   1. تأكد من أن نظام تتبع العين موجود على خط الوسط البصري بمسافة كاميرا لا تقل عن 38 سم. تأكد من أن نظام الانكسار الذاتي موجود على خط الوسط البصري وعلى بعد 1 متر ± 0.05 متر من العينين.
   2. تحقق من صحة تكوين الأجهزة والمعدات من خلال الرجوع إلى الأبعاد الموجودة في الشكل 1.
3. نظام تتبع العين
   1. تأكد من تكوين سطح المكتب وأجهزة تتبع العين المقابلة ومعايرتها وفقا لإرشادات الشركة المصنعة (انظر جدول المواد).
   2. قم بإنشاء أسلاك كبل BNC من المخرجات التناظرية لسطح المكتب إلى لوحة الحصول على البيانات (DAQ) عبر صندوق طرفي تناظري (NI 2090A). راجع الجدول 1 لمعرفة تكوينات منفذ BNC الافتراضية ل VE2020.
      ملاحظة: تتطلب الانحرافات عن الأسلاك الافتراضية تعديل المنافذ المعينة الموضحة في ملفات Acquire.vi و/أو TriggerListen.vi أو تحرير ترتيب الرأس الافتراضي في الملف القياسي .txt.
   3. قم بتكوين المفاتيح المرجعية لمربع الاختراق الطرفي التناظري عن طريق تحديد المفتاح أحادي الطرف / التفاضلي (SE / DIFF) (انظر الشكل 2) ، واضبط المفتاح على SE. بعد ذلك ، حدد مفتاح التحديد الأرضي (RSE / NRSE) (انظر الشكل 2) ، واضبط المرجع الأرضي على المرجع أحادي الطرف (RSE).
4. اكتساب الاستجابة التكيفية
   1. قم بإجراء توجيه المنكسر الذاتي (انظر جدول المواد) وفقا لتوصيات الشركة المصنعة. قم بتكوين المنكسر التلقائي في المحاذاة المباشرة ، وقم بإجراء التشغيل اليدوي المستند إلى المشغل لجهاز الانكسار التلقائي لتخزين بيانات تسجيل المنكسر التلقائي.
   2. تأكد من استخدام جهاز تخزين خارجي قابل للإزالة لحفظ بيانات المنكسر التلقائي. قم بإزالة محرك الأقراص الخارجي قبل بدء تشغيل برنامج autorefractor ، وأعد إدخال محرك الأقراص بمجرد تشغيل البرنامج. قم بإنشاء دليل مجلد داخل جهاز التخزين المقابل لتحديد ملفات تعريف المشاركين وتوقيتات الجلسات والمحفزات. اتبع هذه الممارسة لكل جلسة تسجيل تجريبية.
   3. بعد تنشيط برنامج autorefractor وإدخال جهاز تخزين خارجي ، ابدأ في معايرة جهاز الانكسار الذاتي.
   4. قم بسد العين اليسرى للمشارك بشكل أحادي باستخدام مرشح إرسال الأشعة تحت الحمراء (مرشح IR Tx)¹⁰. ضع عدسة تجريبية كروية محدبة أمام مرشح IR Tx (انظر جدول المواد).
   5. مجهر تقديم تحفيز عالي الحدة 4 درجات من مراقبي التحفيز القريبين جسديا.
      ملاحظة: بمجرد أن يبلغ المشارك عن التحفيز على أنه أحادي بصريا وواضح (حاد) ، يجب على المشارك استخدام الزناد المحمول باليد للتقدم في المعايرة.
   6. يقدم مجهر محفزا عالي الحدة بزاوية 16 درجة من أجهزة مراقبة التحفيز القريبة جسديا.
      ملاحظة: بمجرد أن يبلغ المشارك عن التحفيز على أنه أحادي بصريا وواضح (حاد) ، يجب على المشارك استخدام الزناد المحمول باليد للتقدم.
   7. كرر إجراءات المعايرة هذه (الخطوات 1.4.4-1.4.6) لكل عدسة كروية محدبة على النحو التالي (في الديوبتر): −4 و −3 و −2 و −1 و +1 و +2 و +3 و +4.

الشكل 1: تكوين معدات التحكم في الهابلوسكوب وتسجيله. مثال على فهرسة شاشة VE2020 لترتيب الشاشة في اتجاه عقارب الساعة وتحديد الأبعاد. هنا ، 1 هي شاشة التحكم ، و 2 هي شاشة العرض القريبة من اليسار ، و 3 هي شاشة العرض في أقصى اليسار ، و 6 هي لوحة المعايرة (CalBoard) ، و 4 هي شاشة العرض اليمنى المتطرفة ، و 5 هي شاشة العرض القريبة من اليمين. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الجدول 1: خريطة منفذ BNC. اتفاقية اتصالات BNC. الرجاء الضغط هنا لتنزيل هذا الجدول.

الشكل 2: مراجع تبديل مربع الاختراق. عرض توضيحي لمواضع التبديل NI 2090A المناسبة. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

2. التحفيز البصري باستخدام شاشات العرض المرئية VE2020 وأهداف VE2020 LED

1. ابدأ معايرة شاشة (عروض) التحفيز VisualEyes2020.
   1. افتح ملف الأداة الظاهرية (VI) المسمى Pix2Deg2020.vi. حدد الشاشة المراد معايرتها باستخدام حقل إدخال معرف وضع التمدد وفهرس العرض المقابل للشاشة (الشكل 3).
   2. حدد صورة تحفيز (على سبيل المثال ، RedLine .bmp) عن طريق كتابة اسم ملف التحفيز في حقل إدخال الخط.
      ملاحظة: من المهم ملاحظة أن Pix2Deg2020.vi يستخدم ملفات .bmp وليس ملفات .dds.
   3. قم بتشغيل Pix2Deg2020.vi ، واضبط موضع التحفيز حتى يتم فرضه على هدف مادي مقاس.
   4. بمجرد محاذاة الصورة الافتراضية مع الهدف المقاس فعليا ، سجل قيمة البكسل على الشاشة لقيمة الدرجة المحددة. سجل ما لا يقل عن ثلاث نقاط معايرة مع متطلبات درجة محفزة متفاوتة وقيم البكسل المقابلة لها.
   5. تأكد من أنه بعد تسجيل كل نقطة معايرة ، ينتج VE2020 ملف إخراج باسم Cals.xls. باستخدام نقاط المعايرة في Cal.xls ، قم بتطبيق الانحدار الخطي الأنسب لتعيين متطلبات تحفيز حركة العين المطلوبة تجريبيا ، بدرجات الدوران ، إلى وحدات بكسل. يظهر مثال على درجة خمس نقاط لمعايرة البكسل المسجلة في الشكل 4.
2. كرر هذا الإجراء لصور التحفيز المختلفة (أي الخلفية أو التحفيز البصري الثاني ، حسب الضرورة) وكل جهاز مراقبة للتحفيز من المتوقع استخدامه.

الشكل 3: الدرجات المستحثة لمراقبة وحدات البكسل. تصوير طريقة عرض المشغل لمعايرة VE2020. من اليسار إلى اليمين ، يتم توفير جدول قيم لوحدات البكسل المسجلة المقابلة لقيمة درجة معروفة لتحديد شاشة تحفيز معينة (معرف وضع التمدد) مع نسبة عرض إلى ارتفاع ثابتة ، واسم ملف معين ، وتحفيز الخلفية (BG) ، والتحفيز الأمامي (خط). يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 4: منحدرات معايرة البكسل إلى الدرجة. منحنى معايرة أحادي لقيم الدرجة المعروفة وقيم البكسل المقاسة. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

3. معايرة LED

1. حدد درجات الدوران التجريبية باستخدام المتطابقات المثلثية في المستويين الرأسي أو الأفقي (الشكل 5). ارسم درجات الدوران كدالة لرقم LED.
2. خطيا يتراجع رقم LED كدالة لدرجات الدوران. استخدم العلاقة التي تم الحصول عليها لحساب أرقام LED الأولية والنهائية ، والتي سيتم استخدامها كمحفزات بصرية أثناء التجربة.

الشكل 5: درجات الدوران المحسوبة. طريقة حساب الإزاحة الزاوية لكل من حركات العين الساكدية وحركات التقارب بمسافة معروفة إلى الهدف (X) والمسافة بين الحدقتين (IPD). يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

4. برمجة البرمجيات

1. تعريف ملف إدخال عرض VisualEyes، وحفظه في مكتبة التحفيز كما يلي.
   1. لتحديد كل محفز ، افتح ملف نصي جديد (.txt) قبل التجربة. في الصف الأول من هذا الملف النصي ، تأكد من وجود أربعة معلمات محددة بعلامات جدولة مطلوبة: توقيت (توقيتات) التحفيز ؛ موضع X (بكسل) ؛ موقف Y (بكسل) ؛ والدوران (بالدرجات). بالإضافة إلى ذلك ، تأكد من وجود معلمتين متتاليتين اختياريتين: القياس X (القياس الأفقي) ؛ والتحجيم Y (القياس الرأسي).
   2. احسب قيمة البكسل لكل درجة تحفيز مطلوبة باستخدام معادلة الانحدار الخطي المشتقة من المعايرة (انظر الخطوة 2.1.5).
   3. تأكد في الصف التالي من الملف النصي من أن الطول (الطولات) التي يتم تقديم التحفيز من أجلها في موضعها الأولي والموضع النهائي اللاحق موجودة ومحددة بعلامات جدولة.
   4. احفظ ملف التحفيز في الدليل كملف إدخال VisualEyes (VEI) باسم ملف إعلامي (على سبيل المثال ، stimulus_name_movement_size.vei).
      ملاحظة: يتم وضع كل ملف تحفيز أحادي العين ، لذلك يجب إنشاء ملف منفصل للعين التكميلية لاستحضار حركة مجهر.
2. كرر هذه الإجراءات لكل محفز تجريبي مرغوب فيه ، ونوع الحركة ، وحجم الحركة ، والعين حسب الاقتضاء.

5. ملفات DC

1. قم بإنشاء مكتبة تحفيز لكل مراقب تحفيز. قم بتسمية هذه المكتبات كما dc_1.txt إلى dc_7.txt. للاطلاع على الإعدادات المضمنة في ملفات dc_1.txt وملفات dc_2.txt، راجع الجدول 2.
   1. تحقق من صحة المعرف الرقمي لكل شاشة تحفيز بالنقر فوق عرض > دقة الشاشة > تحديد. تأكد من أن معرف الجهاز هو وحدة معالجة الرسومات الأساسية (فهرس البدء 0) وأن وضع النافذة هو 1.
   2. تحقق من أن اليسار يحدد الحد الأيسر للشاشة (بالبكسل) ، ويحدد الجزء العلوي الحد العلوي للشاشة (بالبكسل) ، والعرض هو العرض الطولي للشاشة (بالبكسل) ، والارتفاع هو الارتفاع الرأسي للشاشة (بالبكسل).
   3. قم بإنشاء رقم التحفيز (Stim#) ، الذي يربط اسم ملف التحفيز وموقعه (.dds) ، وبشرط أن يكون ملف nostimulus.vei هو رقم التحفيز صفر ، يربطهما برقم مؤشر التحفيز. بالنسبة إلى stimulus_name.vei اللاحقة ، قم بإدراج ملفات التحفيز المختلفة التي يمكن استخدامها خلال الجلسة التجريبية.
      ملاحظة: الملف nostimulus.vei مفيد عند استخدام ExpTrial كما nostimulus.vei لا يقدم تحفيز (شاشة فارغة).

الجدول 2: تكوين ملف DC. يوفر الجدول نظرة عامة على تنسيق ملف DC النصي. الرجاء الضغط هنا لتنزيل هذا الجدول.

6. تعريف ملف إدخال LED وتخزين مكتبة التحفيز

1. افتح ملفا نصيا جديدا (.txt) ، وداخل الملف ، استخدم تحديد علامات الجدولة. قم بإنهاء كل سطر داخل الملف النصي بصفرين محددين بعلامات جدولة.
2. في الصف الأول ، حدد قيم الوقت (الأوقات) الأولية وقيم LED (الموضع). في الصف الثاني ، حدد الوقت (الأوقات) النهائي وقيم موضع LED النهائية. احفظ ملف stimulus_name.vei في الدليل ، وكرر هذه الخطوات لكافة المحفزات.
3. بمجرد الانتهاء ، احفظ جميع ملفات التحفيز في مكتبة التحفيز ، array_config.txt.
4. تأكد من أن الصف الأول في ملف array_config.txt هو منفذ الاتصال (COM) الذي يستخدمه VisualEyes للتواصل مع المحفز المرئي المرن مع قيمة الإدخال الافتراضية COM1 ؛ الصف الثاني هو معدل الباود مع قيمة الإدخال الافتراضية 9,600 ؛ الصف الثالث هو سعة بت البيانات مع قيمة الإدخال الافتراضية 8 بت ؛ والصف الرابع هو مؤشر تكافؤ البيانات مع قيمة الإدخال الافتراضية ك 0. تحتوي الصفوف التالية في الملف على ملف التحفيز الخاص بالمحفز البصري المرن (الشكل 6).
5. تحقق من رقم الملف الشخصي ، كما هو موضح في الشكل 6 ؛ يشير هذا إلى فهرس الصف المقابل لأي اسم ملف تحفيز معين ، والذي يبدأ من الفهرس صفر.

الشكل 6: مكتبة المثيرات. باستخدام برنامج تحرير النصوص ، فإن التنسيق الموضح لتحديد اتصالات المنفذ ، ومعدل الباود ، وحجم البيانات ، والتكافؤ ، بالإضافة إلى مكتبة ملفات التحفيز (.vei) ، يوفر ل VE2020 التكوينات اللازمة وأسماء ملفات التحفيز للتشغيل بنجاح. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

7. إنشاء البرنامج النصي للبروتوكولات التجريبية

1. افتح ملف نصي جديد (.txt) لكتابة أوامر البروتوكول التجريبي لقراءة VE2020 وتنفيذها. تحقق من بناء الجملة المناسب لأوامر ووثائق البروتوكول التجريبي. يقدم الجدول 3 نظرة عامة على اصطلاحات بناء جملة VE2020.
   ملاحظة: سيقرأ VE2020 هذه الأوامر بالتتابع.
2. احفظ الملف النصي في الدليل كبرنامج نصي VisualEyes (VES) ، مثل script_name.ves. من دليل الإصدار السابق من VisualEyes¹¹ ، تحقق من وجود جدول لوظائف البرامج التي تحتوي على إمكانات الإدخال والإخراج. ويبين الجدول 3 ثلاث وظائف مستكملة نفذت حديثا.

الجدول 3: بناء جملة الدالة VE2020. يحتوي VE2020 على بناء جملة محدد ، كما هو موضح في الجدول لاستدعاء الوظائف المضمنة والتعليق. الرجاء الضغط هنا لتنزيل هذا الجدول.

8. إعداد المشاركين وبدء التجربة

1. الحصول على الموافقة والأهلية
   1. استخدم معايير الأهلية العامة التالية للمشاركين: الذين تتراوح أعمارهم بين 18 و 35 عاما ، و 20/25 (أو أكثر) من حدة البصر أحادية العين المصححة ، وحدة الاستريو 500 ثانية (أو أفضل) من القوس ، وأسبوعين (أو أكثر) من استخدام تصحيح الانكسار المناسب.
   2. استخدم معايير أهلية المشاركين في قصور التقارب (CI) التالية باتباع الممارسات المعمول بها¹²: مسح أعراض قصور التقارب (CISS) 13 درجة 21 أو أكثر ، فشل معيار Sheard ¹⁴ ، 6 سم (أو أكبر ، عند الاستراحة) بالقرب من نقطة التقارب (NPC) ، وانحراف 4Δ (أو أكبر) (قريب مقارنة بالبعيد).
   3. استخدم معايير أهلية المشاركين في المجموعة الضابطة: درجة CISS أقل من 21 ، وأقل من 6Δ الفرق بين القريب والبعيد ، وأقل من 6 سم (عند الاستراحة) NPC ، واجتياز معيار Sheard ، والحد الأدنى الكافي من السعة الاستيعابية على النحو المحدد في صيغة Hofstetter¹⁵.
   4. استخدم معايير عدم أهلية المشاركين العامة التالية: الحول المستمر ، الحول السابق ، أو الجراحة الانكسارية ، الرأرأة الخاملة أو الظاهرة ، اعتلال الدماغ ، الأمراض التي تضعف التكيف ، التقارب ، أو حركية العين ، 2Δ (أو أكثر) النشوة العمودية ، وعدم القدرة على إجراء أو فهم الاختبارات المتعلقة بالدراسة. تشمل معايير عدم الأهلية CI أيضا المشاركين الذين لديهم أقل من 5 استجابات استيعابية للديوبتر عبر طريقة الضغط في Donder¹⁶.
   5. بمجرد الحصول على الموافقة المستنيرة ، قم بتوجيه المشارك للجلوس في منظار الفردوسكوب.
   6. ضع جبين المشارك وذقنه مقابل مسند رأس ثابت لتقليل حركة الرأس ، واضبط ارتفاع كرسي المشارك بحيث تكون رقبة المشارك في وضع مريح طوال مدة التجربة.
   7. اضبط كاميرا (كاميرات) تسجيل حركة العين لضمان التقاط عيون المشارك داخل مجال رؤية الكاميرا.
2. بعد الجلوس بشكل صحيح في المنظار الفرداني ومتتبع العين / المنكسر التلقائي ، اطلب من المشارك التركيز بصريا على هدف مقدم بصريا. أثناء هذا الإعداد ، تأكد من توسيط عيون المشارك بحيث يتم تقديم الأهداف المرئية على المستوى السهمي المتوسط.
   1. حقق تمركز العين من خلال تقديم أهداف عالية الحدة بشكل ثنائي العينين عند خط الوسط البصري. يتم محاذاة المشارك عند خط الوسط البصري عندما يحدث شفع فسيولوجي (رؤية مزدوجة) يتمحور حول هدف التثبيت.
3. بعد ذلك ، اضبط بوابة تتبع العين ومكاسب إشارة تتبع العين لالتقاط الميزات التشريحية مثل limbus (الحد الفاصل بين القزحية والصلبة) ، والتلميذ ، وانعكاس القرنية.
4. تحقق من صحة التقاط بيانات حركة العين عن طريق مطالبة المشارك بإجراء تقارب متكرر و / أو حركات saccadic.
5. بعد التحقق الأولي ومعايرة الشاشة المادية ، افتح ReadScript.vi. بمجرد فتح ReadScript.vi ، حدد البرنامج النصي للبروتوكول التجريبي عن طريق كتابة اسم الملف في الزاوية العلوية اليسرى. قم بتشغيل البروتوكول عبر ReadScript.vi بالضغط على السهم الأبيض في الزاوية العلوية اليسرى لتنفيذ Acquire.vi.
6. زود المشارك بزر تشغيل محمول باليد ، واشرح أنه عند الضغط على المشغل ، سيبدأ جمع البيانات. سيظهر ملف تلقائيا على شاشة مراقبة التحكم ، Acquire.vi ، والذي يرسم معاينة لبيانات حركة العين المسجلة. عند اكتمال البروتوكول التجريبي ، يتوقف ReadScript.vi تلقائيا ، ويتم إنشاء ملفات إخراج البيانات وتخزينها تلقائيا.

9. برنامج تحليل حركة العين VNEL (VEMAP)

1. المعالجة المسبقة للبيانات
   1. ابدأ التحليل بتحديد زر بيانات المعالجة المسبقة . ستظهر نافذة مستكشف الملفات. حدد ملف بيانات مسجلا واحدا أو أكثر من ملفات VE2020 للمعالجة المسبقة.
   2. قم بتصفية البيانات باستخدام مرشح Butterworth المكون من 20 رتبة: 40 هرتز لحركات العين المتقاربة و 120 هرتز أو 250 هرتز لحركات العين saccadic. سيتم تخزين ملفات البيانات المكتملة المعالجة مسبقا داخل مجلد VEMAP الذي تمت معالجته مسبقا كملفات .mat.
      ملاحظة: يمكن ضبط تردد التصفية ل VEMAP على تردد القطع المفضل للمستخدم ، اعتمادا على التطبيق.
2. المعايره
   1. باستخدام حركات المعايرة الأحادية المحفزة الثلاث المحفزة على التوالي لمواضع العين اليسرى واليمنى التي تم استحضارها من البرنامج النصي VE2020 ، قم بإنشاء انحدار خطي لمحفزات حركة العين بالدرجات كدالة لقيم الجهد المسجلة. كما هو موضح في المخططات السفلية من الشكل 7 ، استخدم معاملات ارتباط بيرسون وصيغ الانحدار ذات الصلة للتقييم الكمي للإعداد.
   2. استخدم ميل كل انحدار ككسب معايرة أحادي العين لتحويل الفولتية المسجلة (الخام) إلى درجات (معايرة).
   3. حدد من المعايرات التجريبية قيمة كسب مناسبة لاستجابات حركة العين اليسرى واليمنى. قم بتطبيق كسب المعايرة باستمرار على كل قسم تحفيز حركة العين المسجل. بعد معايرة جميع الأقسام الفرعية للحركة ، ستظهر نافذة تأكيد.
      ملاحظة: يتم اختيار معايرة حركة العين أحادية العين بسبب عدم القدرة المحتملة للمرضى الذين يعانون من قصور التقارب ، وهو الخلل الحركي العيني الأساسي الذي تم فحصه من قبل مختبرنا ، لإدراك معايرة مجهر كإدراك واحد. إذا كانت إشارات المعايرة المسجلة مشبعة أو غير مرتبطة خطيا (بسبب عدم الاهتمام بالتحفيز أو الوميض أو الحركات الصخرية أو تمزق العين أو إغلاق العينين) ، فقم بتطبيق مكاسب معايرة قياسية لاستجابات حركة العين اليسرى واليمنى. يجب أن يتم ذلك بشكل مقتصد ، ويجب اشتقاق قيم كسب المعايرة هذه من المتوسطات الكبيرة على مستوى المجموعة للمشاركين السابقين لمكاسب استجابة حركة العين اليسرى واليمنى ، على التوالي.
3. تصنيف
   1. بعد المعايرة ، افحص استجابة كل حركة عين يدويا ، وقم بتصنيفها باستخدام مجموعة متنوعة من ملصقات التصنيف ، مثل الوميض عند العبور ، والمتماثل ، وغير المتماثل ، وفقدان الانصهار ، وعدم الحركة (عدم الاستجابة) ، وحركة العين المشبعة.
   2. تحقق من الشكل 8 كمرجع. المخطط العلوي (البيانات الموضعية) هو الاستجابة من حافز خطوة التقارب المتماثل 4 درجات. تظهر حركة التقارب المشتركة باللون الأخضر ، وتظهر حركة العين اليمنى باللون الأحمر. وتظهر حركة العين اليسرى باللون الأزرق. يظهر تتبع الإصدار باللون الأسود. يوضح الرسم السفلي سرعة المشتق الأول لاستجابة موضع حركة العين ، بنفس نمط اللون كما هو موضح أعلاه.
4. تحليل البيانات
   1. قم بتنفيذ الخطوة الأخيرة في تدفق بيانات معالجة VEMAP لتحليل البيانات ، والذي يمكن الوصول إليه داخل واجهة مستخدم VEMAP (UI) كزر ويتم معاينته في الشكل 9. ارسم حركات العين داخل نوع معين من المثير وعلامة التصنيف معا في صورة مخطط جماعي ، كما هو موضح في الجانب الأيمن من الشكل 9.
   2. قم بتحليل المجموعات الفرعية لحركات العين بشكل انتقائي عبر ملصقات التصنيف الخاصة بها أو بشكل كلي دون أي مرشحات تصنيف مطبقة عبر زر اختيار الفئات.
   3. تحقق من أن مقاييس حركة العين الأساسية تتوافق مع كل حركة عين مسجلة، مثل زمن الوصول وسرعة الذروة وسعة الاستجابة والسعة النهائية.
   4. افحص استجابة كل حركة عين للتأكد من صحة كل مقياس مسجل. إذا لم يكن المقياس مناسبا ، فأعد قياس المقاييس المسجلة وفقا لذلك حتى تعكس القيم المناسبة كل حركة بدقة. بالإضافة إلى ذلك ، احذف حركات العين أو أعد تصنيف ملصقات التصنيف المقدمة عبر زر إعادة التصنيف إذا لم تتمكن المقاييس المسجلة من وصف حركة العين المسجلة بشكل كاف.

الشكل 7: المعايرة أحادية العين ومنحدرات الارتباط. مثال على معايرة بيانات حركة العين من قيم الجهد إلى درجات الدوران. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 8: تصنيف برامج حركة العين. تصنيف استجابات حركة العين المحفزة. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 9: تحليل برنامج استجابة حركة العين. مثال على استجابات التقارب المرسومة التي تم تحفيزها من خلال تغيير خطوة متماثلة بمقدار 4 درجات (يمين) ، مع تقديم مقاييس استجابة حركة العين الفردية بشكل جدولي (يسار) وإحصائيات على مستوى المجموعة معروضة بشكل جدولي أسفل مقاييس الاستجابة. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

10. برنامج تحليل الحركة التكيفي (AMAP)

1. تكوين البيانات
   1. باستخدام جهاز التخزين الخارجي الذي يحتوي على بيانات المنكسر التلقائي ، قم بتصدير البيانات إلى جهاز مثبت عليه AMAP. يتوفر AMAP كملف تنفيذي مستقل بالإضافة إلى تطبيق محلي عبر تثبيت تطبيق MATLAB.
2. بدء تشغيل التطبيق AMAP. من AMAP ، حدد إما معالج الملفات المسبق أو المعالج المسبق الدفعي. يعالج المعالج الأولي للملفات مجلد بيانات فرديا ، بينما يعالج المعالج الأولي الدفعي دليل مجلد بيانات محدد.
3. تحقق من شريط التقدم والإشعارات الخاصة ب AMAP ، حيث يوفر النظام هذه عندما تتم معالجة البيانات المحددة مسبقا. يتم إنشاء أدلة المجلدات من المعالجة المسبقة ل AMAP لشفافية معالجة البيانات وإمكانية الوصول إليها عبر محرك الأقراص المحلي للكمبيوتر تحت AMAP_Output.
4. إذا تم تحديد ميزة AMAP دون معالجة مسبقة للبيانات، فتحقق من وجود نافذة مستكشف الملفات التي تظهر للمستخدم لتحديد دليل بيانات.
5. قم بإجراء تحليل بيانات AMAP كما هو موضح أدناه.
   1. بعد المعالجة المسبقة ، حدد ملف بيانات لتحليله عبر زر تحميل البيانات . سيؤدي هذا إلى تحميل أي ملفات متوفرة في دليل الملف الحالي افتراضيا إلى مجلد AMAP_Output تم إنشاؤه. سيظهر اسم ملف البيانات المحدد في حقل الملف الحالي.
   2. تحت محدد العين ، تحقق من التحديد الافتراضي ، والذي يقدم بيانات متوسطة مجهر للانكسار التكيفي المسجل.
   3. قم بتبديل نوع البيانات بين الانكسار التكيفي والتقارب الحركي للعين (النظرة) عبر محدد النوع. تحقق من المزيد من التخصيصات الرسومية المتاحة لتقديم مقاييس البيانات وتوصيفات الدرجة الأولى والثانية. تحقق من الشكل 10 للحصول على مجموعات من الخيارات الرسومية التي يمكن تحديدها للمشغل لتصورها.
   4. تحقق من المقاييس الافتراضية ل AMAP ، وهي كما يلي: سرعة الذروة (درجة / ثانية) ؛ سعة الاستجابة (بالدرجات) ؛ السعة النهائية (بالدرجات) ؛ مؤشر (مؤشرات) بدء الاستجابة ؛ مؤشر (مؤشرات) سرعة الذروة ؛ مؤشر (مؤشرات) نهاية الاستجابة ؛ سرعة النظرة (التقارب) (درجة / ثانية) ؛ سعة استجابة النظرة (بالدرجات) ؛ نظرة السعة النهائية (درجات) ؛ مؤشر (مؤشرات) بدء استجابة النظرة ؛ مؤشر (مؤشرات) سرعة النظرة ؛ مؤشر (مؤشرات) نهاية استجابة النظرة ؛ والتصنيف (ثنائي 0 - سيء ، 1 - جيد).
   5. قم بإجراء تعديلات على مؤشر بدء الاستجابة ومؤشر نهاية الاستجابة ومؤشر سرعة الذروة من خلال مغازل التعديل المتري (الشكل 10).
   6. بعد تحليل جميع الحركات المسجلة المعروضة، احفظ المقاييس التي تم تحليلها لكل ملف بيانات في حقل معرف الحركة أو عبر أسهم التنقل باتجاه اليسار واليمين.
   7. حدد الزر حفظ لتصدير البيانات التي تم تحليلها إلى جدول بيانات يمكن الوصول إليه. الحركات غير المحللة لها تصنيف افتراضي ليس رقما (NaN) ولا يتم حفظها أو تصديرها.
   8. إجراء التصنيف اليدوي (جيد / سيء) لكل حركة لضمان التحليل الكامل من قبل أي مشغل.

الشكل 10: الواجهة الأمامية لبرنامج AMAP. يعرض الشكل واجهة المستخدم الرئيسية ل AMAP مع أقسام مميزة للعرض الرسومي (خيارات رسومية) للبيانات وتحليل البيانات (التعديلات المترية). يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

النتائج

تم تصوير مخططات المجموعة على مستوى المجموعة لحركات العين المحفزة التي أثارها VE2020 في الشكل 11 مع خصائص السرعة من الدرجة الأولى المقابلة.

الشكل 11: مجموعات استجابة حركة ?...

Discussion

تطبيقات المنهج في البحث
تتضمن الابتكارات من برنامج VisualEyes2020 الأولي (VE2020) قابلية توسيع VE2020 للعرض على شاشات متعددة مع محفز مرئي واحد أو عدة محفزات ، مما يسمح بالتحقيق في الأسئلة العلمية التي تتراوح من القياس الكمي لمكونات مادوكس للتقارب¹⁸ إلى تأثير تشتيت الأهداف على ا?...

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Analog Terminal Breakout Box	National Instruments	2090A
Convex-Sphere Trial Lens Set	Reichert	Portable Precision Lenses	Utilized for autorefractor calibration
Graphics Cards	-	-	Minimum performance requirement of GTX980 in SLI configuration
ISCAN Eye Tracker	ISCAN	ETL200
MATLAB	MathWorks	v2022a	AMAP software rquirement
MATLAB	MathWorks	v2015a	VEMAP software requirement
Microsoft Windows 10	Microsoft	Windows 10	Required OS for VE2020
Plusoptix PowerRef3 Autorefractor	Plusoptix	PowerRef3
Stimuli Monitors (Quantity: 4+)	Dell	Resolution 1920x1080	Note all monitors should be the same model and brand to avoid resolution differences as well as physical configurations